1、湖泊與水庫水質(zhì)模型課件湖泊與水庫水質(zhì)模型課件湖泊與水庫水質(zhì)模型湖庫的水文、水質(zhì)特征分析湖庫箱式水質(zhì)模型非完全混合水質(zhì)模型狹長湖庫移流衰減模型湖庫環(huán)流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型湖庫水質(zhì)模型通用軟件簡介湖泊與水庫水質(zhì)模型湖庫的水文、水質(zhì)特征分析湖庫水文、水質(zhì)特征分析 湖庫水文、水質(zhì)特征主要體現(xiàn)為水溫的垂直分層與水體的富營養(yǎng)化。湖庫的水溫結(jié)構(gòu)特性及其類型分層型湖庫水溫結(jié)構(gòu)特征湖庫的水質(zhì)特性 湖庫水文、水質(zhì)特征分析 湖庫水文、水質(zhì)特征主要體現(xiàn)為水溫湖庫的水溫結(jié)構(gòu)特性及其類型異重流現(xiàn)象影響湖庫水溫的主要因素湖庫的溫度分層現(xiàn)象湖庫主要水溫結(jié)構(gòu)類型及判定方法湖庫的水溫結(jié)構(gòu)特性及其類型 天然湖庫具特殊水溫結(jié)構(gòu)，是一

2、種熱容量 很大的水體。 隨水溫不同，湖庫內(nèi)水質(zhì)點密度不同，形 成水質(zhì)點密度差結(jié)構(gòu)，使湖庫的入流與出流 具密度流現(xiàn)象，也導致河水在湖庫內(nèi)具滯留 機制。 異重流是湖庫水溫預測模型中關注的主要問題，可用經(jīng) 驗公式計算出它的厚度與流速。 湖庫異重流現(xiàn)象 湖庫異重流現(xiàn)象湖泊、水庫的溫度分層現(xiàn)象 對深度較深的湖泊水庫，因其流速小，紊動摻混能力小，由春季始，氣溫升高，日照增強，入湖水溫比湖庫水溫相對較高，而從湖表進入，使湖表水溫在夏末達到峰值，水體溫度在垂直方向出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。 秋季氣溫逐漸下降，底層水溫高于表層，表層水冷卻、密度增大、向下沉降產(chǎn)生對流現(xiàn)象使溫躍層逐漸消失，湖庫表層形成溫度均勻的摻混層，

3、厚度隨時間增加，對流現(xiàn)象達到整個水深時，稱為湖庫大循環(huán)翻池，進水潛入水表面下。 冬末，湖庫最終冷卻水溫大于 4 以上的湖庫，形成近乎均勻的溫度場，最終冷卻水溫小于 4 的湖庫，冬季表層形成逆溫層。湖泊、水庫的溫度分層現(xiàn)象 對深度較深的湖泊水庫，因湖庫水溫結(jié)構(gòu)類型及判定方法分層型 以夏季為中心，形成穩(wěn)定的溫躍層，冬末，溫度接近均勻分布湖庫水在垂直方向存在密度梯度，很難產(chǎn)生摻混；入流與出流成為水平的層流。湖庫內(nèi)可分為層流和滯留兩部分，水的滯留時間長，水質(zhì)問題比較突出。混合型 一般出現(xiàn)在摻混強、水流急的中小型湖庫，年內(nèi)湖庫內(nèi)水溫分布大致相同水在湖庫內(nèi)滯留時間短，水質(zhì)問題一般并不嚴重。過渡型 湖庫水溫

4、結(jié)構(gòu)類型及判定方法分層型水溫結(jié)構(gòu)類型判定方法分層的判別方法庫水交換次數(shù)法由日本學者提出，判別指標為：=多年平均入庫徑流量總庫容一次洪水總量總庫容判別方法：20 混合型對于分層型： 遇1 的洪水，成為臨時混合型 遇到0.5 的洪水對分層影響不大 其他的，介于二者之間。水溫結(jié)構(gòu)類型判定方法分層的判別方法庫水交換次數(shù)法多年平均入分層型湖庫水溫結(jié)構(gòu)特征溫水層表面較淺范圍內(nèi)，受風動力作用影響，水層混合劇烈，水溫垂向分布均勻與大氣、太陽進行熱量交換，水溫較高。溫躍層較短距離的過渡層，溫度梯度大，混合能力弱。均溫層下部較深的范圍內(nèi)，水溫低，穩(wěn)定少變，基本均勻。分層型湖庫水溫結(jié)構(gòu)特征溫水層湖庫的水質(zhì)特性湖泊與

5、水庫的主要水質(zhì)問題 湖泊和水庫屬靜水環(huán)境，水流速度較低，水滯留時間長，進入湖庫的營養(yǎng)物質(zhì)在其中不斷積累，因而湖庫中突出的水質(zhì)問題： 下層厭氧狀態(tài)的發(fā)生與富營養(yǎng)化。貧營養(yǎng)湖與富營養(yǎng)湖湖庫的水質(zhì)特性湖泊與水庫的主要水質(zhì)問題湖庫箱式水質(zhì)模型完全混合箱式模型Vollenweider 模型Kirchner-Dillon 模型分層箱式模型 湖庫箱式水質(zhì)模型完全混合箱式模型Vollenweider 模型假定： 對停留時間較長，水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的湖庫，污染物濃度隨時間的變化率是輸入、輸出和在湖庫內(nèi)沉積衰減的該污染物的量函數(shù)。方程： V(dc/dt)= CpQp+ Wo QhC K1CV Cp 污染物排放濃

6、度； Qp 廢水排放量； Wo 湖庫中現(xiàn)有污染物的排入量 Qh 湖庫水出流量；Vollenweider 模型假定：Vollenweider 模型解析解： C=(CpQP+Wo)/VKh+(Ch-(CpQp+W0)/VKh)exp(-Kht) Ch 湖庫中污染物的現(xiàn)狀濃度。 Kh=(Qh/V)+(K1/86400)當湖庫出,入流及污染物輸入穩(wěn)定， t （平衡）時：C=（CpQp+W）/V（r+K1/86400) r=Qh/V 湖庫沖刷速度常數(shù)，與湖庫的水力停留時間 tw 互為倒數(shù)。引入Lc，湖庫單位面積的營養(yǎng)負荷；將V=AsH代入，得其中， Lc=(CpQp+Wo)/As， g/( m2a )；

7、 H 湖庫的平均水深， m 。 Vollenweider 模型解析解：Kirchner-Dillon 模型引入滯留系數(shù) Rc ，主要考慮污染物的沉淀再懸浮作用 Rc= K3 /K3+r K3=rRc/1-Rc 對于多個入流的湖庫，其基本水質(zhì)方程： dc/dt=Lc/H-rC/1-Rc 在dc/dt=0時，上式定常解： C=Lc(1-Rc)/rHKirchner-Dillon 模型引入滯留系數(shù) Rc ，主分層箱式模型分層期模型 夏季模型，考慮上下分層，上下層各視為完全混合。混合期模型 秋末湖庫混合時期，假定翻池時上下兩層完全混合。非成層期模型 冬季模型，不考慮分層，視為完全混合。分層箱式模型分層

8、期模型分層箱式模型夏季模型： 上層： CE(l)=CPEQPE/VEKhE-CPEQPE/VE- KhECM(l-1)exp(-KhEt)/KhE 下層： CH(l)=CPHQPH/VHKhH-CPHQPH/VH- KhHCM(l-1)exp(-KhHt)/KhH分層箱式模型夏季模型：分層箱式模型混合期模型 Ct(l)=(Ce(l)Ve+Ch(l)Vh)/(Ve+Vh) 非成層期模型 CM(l)=CPQP/VKh-CPQP/V- KhCM(l-1)exp(-Kht)/Kh Cm(o)=Ch Kh=(Qp/v)+(K1/86400)分層箱式模型混合期模型非完全混合水質(zhì)模型 對水域?qū)掗煹拇蠛矗?/p>

9、染往往只出現(xiàn)在入湖河口與排污口附近的水域，污染物梯度明顯，需要研究污染物在湖水中稀釋、擴散規(guī)律，采用不均勻混合水質(zhì)模型描述。湖泊擴散的水質(zhì)模型易降解物質(zhì)簡化的水質(zhì)模型非完全混合水質(zhì)模型 對水域?qū)掗煹拇蠛矗廴就怀龊磾U散的水質(zhì)模型 A.B. 卡拉烏舍夫在研究難降解污染物質(zhì)在湖水中心稀釋擴散規(guī)律時采用了圓柱形坐標。 取湖庫排污口附近的一塊水體q 入湖污水量 m3/d ； r 湖泊內(nèi)某計算點離排污口距離， m ； C 所求計算點的污染物濃度，毫克/L ；廢水在湖水中的擴散角度，由排放口附近地形決定，當廢水在開闊的岸邊垂直排放時，=180 ；當在湖心排放時，=360 。湖泊擴散的水質(zhì)模型 A.

10、B. 卡拉烏舍夫在研究難降解污染易降解物質(zhì)簡化的水質(zhì)模型當湖水流速很小，風浪不大，湖水稀釋擴散作用較弱的情況：QpdCr/dr=-K1CrH r解析解： r=0,Cr=Cr0(排出口濃度)Cr=Cr0exp(-k1 Hr2/172800 Qp)K1 的確定可以采用兩點法和多點法。易降解物質(zhì)簡化的水質(zhì)模型當湖水流速很小，風浪不大，湖水稀釋擴狹長湖庫移流衰減模型 近似看作一條河流，應用移流衰減模型：Cl=CpQpexp(-K1V/86400 Qh)/Qh+ChCl:湖庫出口污染物平均濃度Ch:湖庫中污染物現(xiàn)狀濃度V:湖庫容積Cp,Qp:廢水的濃度和排放量Qh:湖水出流量狹長湖庫移流衰減模型 近似看作一條河流，應用移流衰減模型：湖庫環(huán)流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型 對于近岸環(huán)流顯著的大型湖庫，橫向彌散作用顯著，可降解污染物的運動轉(zhuǎn)化狀況可用二維模型來描述。岸邊排放： 非岸邊排放：排放口到岸邊的距離， m ； u 環(huán)流速度， m/s ；My橫向混合系數(shù)， m2/s ；確定可近似采用愛蘭經(jīng)驗公式法， My=18.57 vh/Cz v 橫向湖流速度， h 預測區(qū)域的平均湖水深度， m ； Cz 為 c